旋挖鉆孔灌注樁穿越碎石層防塌處理措施

代 強

中鐵二十二局集團第五工程有限公司

1 引言

隨著城市化建設步伐的不斷加快，土地資源緊缺成為當前建筑發展面臨的重要難題；所以現代建筑多以高層或者超高層居多，結構也日益復雜化，由此導致建筑基礎的選擇對建筑質量以及后續的使用產生了重要的影響。樁基礎則因為具備承載力良好、施工便捷以及能耗較低的優勢成為現代建筑施工的首選方案。但是樁基施工方法較多，其中旋挖鉆孔灌注樁是樁基的重要代表，其優勢在于施工效率高且施工質量較高，所以被廣泛應用到了樁基施工項目中[1]。

2 工程概況

本工程為新寨酒庫片區C1～C10片區酒庫及配套設施基礎工程。施工場地巖土構成及分布自上而下巖土單元為：素填土（Q4ml）、崩塌堆積的碎石土（Q4col+dl）（上部為碎石，下部為塊石）以及志留系下統龍馬溪組灰巖（S11）。施工現場水文地質條件方面，場地地處桐梓河右岸斜坡坡地，地勢較高，地下水的埋藏條件嚴格，受地形、地層巖性以及地表水的補給來源控制，按地下水的埋藏條件，場地地下水可分為上層滯水和基巖裂隙水兩種。

根據設計要求，酒庫、罐群和辦公樓均采用樁基礎，高差大于8m的支擋采用抗滑樁，優化后的抗滑樁為圓樁。擬建場地為坡地建筑，崩塌堆積層分布不均，厚度變化較大，地表溝壑縱橫，局部區域含淤泥層，地下水豐富，水位較高，旋挖機鉆進過程中極易產生塌孔的情況，在實際施工過程中存在多段不良土層，造成第一次塌孔處理完成后繼續鉆進，穿過塌孔區域后再次塌孔的現象，根據目前出現得最多一根鉆孔樁塌孔四次。

3 旋挖鉆孔灌注樁穿越碎石層防塌處理措施

根據本工程實例中的地質報告可知，本工程施工場地的地質情況主要巖土分布為：自上而下巖土單元為素填土（Q4ml）、崩塌堆積的碎石土（Q4col+dl）（上部為碎石，下部為塊石）及志留系下統龍馬溪組灰巖（S11）。其中，碎石（Q4col+dl）呈現褐黃色，結構稍密，主要成分為灰巖，粒間充填黏土，黏土為硬塑，碎石主要粒徑為20mm～150mm，含量一般在50%～80%，局部無規律含有粒徑超過1000mm的塊石，場地內均有分布，其厚度及橫向分布無規律特點，同時碎石層含水量較高，壓縮性較低，在旋挖機鉆進過程中會導致碎石層出現大面積的塌孔，導致樁基很難有效成孔。

所以，如何選擇旋挖鉆孔灌注樁穿越碎石層防塌處理措施成為本工程施工的重點與難點。

3.1 鋼護筒護壁處理措施

根據地勘資料與現場實際施工情況的對比，該工程中C1、C2、C4、C6、C7、C8、C10等片區內多為填方區，同時片區內地下出水量較大，導致混凝土護壁在水流的影響下出現了多次塌孔現象，所以采用鋼護筒護壁法可以有效解決塌孔問題。鋼護筒護壁法的優勢在于施工過程更加安全，并且在經濟方面可以控制，有利于施工工期的控制，所以在這幾個區域內的施工可行性較高。

具體而言：塌孔后進行擴孔清理，擴孔至塌孔前標高，擴孔孔徑大于設計樁徑20cm，采用壁厚10mm鋼護筒進行護壁，鋼護筒直徑大于設計樁徑10cm，鋼護筒應超出易坍土層，保證鉆孔、成樁質量。在工地預制加工廠集中加工制作，鋼護筒筒長1.5m/節，現場組裝焊接適合的長度；鋼護筒采用500kW以上振動錘沉放鋼護筒，基于施工組織要求鋼護筒吊裝工作選用汽車起重機，使用最大額定起重量為25t的吊車。鋼護筒應穿越塌孔層，長度應比塌孔層上下各增加1.0m。

在實際施工中，需基于準確放樣的前提下進行鋼護筒的埋設，在施工中必須要保證護筒平面位置與垂直度應用準確，護筒周圍與護筒底腳應保持緊密，進而防止地下水的滲入。在完成上述施工后要及時進行混凝土回填，塌孔后進行擴孔清理，擴孔至塌孔前標高，采用C15混凝土回填至孔頂，待強度達75%后重新按照設計樁徑進行鉆孔，在塌孔土層形成混凝土護壁。

3.2 增加護壁泥漿濃度處理措施

增加護壁泥漿濃度法也是旋挖鉆孔灌注樁穿越碎石層防塌的重要措施之一[2]。具體而言，泥漿護壁法是通過利用泥漿與地下水之間的壓力差對水壓力形成有效地控制，進而保證孔壁的穩定性，可見泥漿的比重是該項措施的關鍵所在，在實際施工中主要發揮保持這種壓力的重要作用。

值得注意的是，在實際施工過程中，如果泥漿的比重較小，泥漿護壁很容易失去作用，泥漿是由水、塑性指數Ip≥17的優質黏土和添加劑配置而成的，最終泥漿的比重要達到1.15才能滿足施工要求。由于本工程地質的特殊性，所以這種防塌措施無法有效解決本工程中部分樁塌孔問題。

3.3 注入水泥漿處理措施

以本工程C3、C5、C6施工區域為例，針對旋挖鉆孔灌注樁穿越碎石層塌孔問題，可通過注入水泥漿措施來解決塌孔問題，水泥漿的注入既可以有效堵塞孔裂隙，又可以固結土體，有效防止旋挖鉆孔灌注樁穿越碎石層塌孔問題，實現地基承載力的提高[3]。

3.3.1 注入水泥漿處理措施的施工原理

注漿法是利用氣壓或者液壓原理，借助壓力將水泥漿按照一定比例注入土體中，再通過注漿點噴射后使得土體密實，最終形成不小于10cm厚的混凝土護壁，待強度達75%后重新按照設計樁徑進行鉆孔。

這種處理措施的優勢在于施工成本較低，不僅具有強大的防水性能，而且還可以有效提升土體的穩定性。根據現場勘察報告與施工的實際情況，現場施工采用強度等級為C15的商品混凝土。

3.3.2 注入水泥漿處理措施孔位布置

根據施工現場的實際地質情況，注入水泥漿孔位應該布置在莊邊的50cm～60cm處，利用等邊三角法來確定3個點位作為注漿孔，具體如圖1所示。注漿施工采用地質鉆機，在施工中需要注意的是注漿孔的深度必須要大于碎石層最低端20cm左右，才能更好地完成防塌施工處理。

圖1 注漿法孔位布置圖

3.3.3 注入水泥漿處理措施施工流程及方法

注入水泥漿處理措施施工流程為：確定注漿孔位位置→機械就位→調平、垂直校準→成孔→下注漿管→按照施工要求確定水泥漿強度等級→注漿→注漿結束→鉆機移位→封孔。

實際注漿施工中注漿可以按照1m～2m為區間進行分段，注漿采用分段式注漿方法，在完全前段的灌注后方可進行下一段的灌注，以此類推直至灌注至孔頂。如果施工中對于水泥漿沒有明確規定，水泥漿的制備則必須遵循先稀后濃的原則，本工程中明確地提出了要采用C15素混凝土[4]。

在施工中，為了防止水泥漿的擴散浪費，有效控制成本，提升施工效率，可以采用間歇式注漿施工，即待先注入水泥漿達到初凝后子再進行注漿，根據實際施工情況進行多次循環注漿，直到達到最終的施工要求。在全部完成注漿施工后要及時將鉆機移位，并且做好封孔施工[5]。

4 各防塌處理措施優劣勢分析

4.1 鋼護筒護壁處理措施優劣勢分析

由于本工程中地質結構的特殊性，所以大部分區域中采用鋼護筒護壁處理措施來應對塌孔問題。鋼護筒護壁處理措施的主要優勢表現為：相對于其他處理措施而言，其在安全性方面更加可靠，在經濟方面可控制，而且有利于施工工期的控制，并且還可以完美解決碎石層塌孔問題。

然而，雖然這種處理措施效果較好，但是也存在一定的劣勢，主要表現為鋼護筒的定位較難，且對于操作技術要求較高，同時由于鋼護筒的用量較大，所以相對于其他處理措施而言施工成本較高。

4.2 增加護壁泥漿濃度處理措施優劣勢分析

受本工程地質結構情況與施工要求限制，增加護壁泥漿濃度處理措施并沒有應用到本工程防塌處理中。該種處理措施的優勢主要表現為：施工成本較低、施工操作簡單便捷、實際施工中只需按照比例添加油脂黏土或者添加劑便可以解決部分塌孔問題；而該處理措施的劣勢主要表現為：由于泥漿比重較大，很容易導致泥漿泵產生堵塞，這會增加混凝土置換產生困難，不僅會對施工工期造成影響，而且還會影響成樁質量。

4.3 注漿處理措施優劣勢分析

通過注漿處理措施在本工程防塌處理中的應用，可以明顯地發現該項處理技術的優勢主要表現為可以有效提升土體的穩定性與承載能力；但是也存在較大的劣勢，主要表現為：工序相對其他處理措施較為復雜，且需要動用專業機械進行施工，同時在注漿過程中施工方法使用不當還容易造成資源的浪費。

5 結束語

綜上所述，本文結合工程實例對旋挖鉆孔灌注樁穿越碎石層防塌處理措施進行了詳細的探討，并通過實際工程應用效果對優劣勢進行了分析，總結出了無論任何處理措施具有利弊，這就需要工程施工技術人員結合工程實際情況，合理選擇有效地處理措施，進而更好地解決塌孔問題，為施工工期、施工質量等提供重要的基礎支持。